섬유보강 콘크리트의 균열 후 인장 거동을 예측하기 위해서는 균열면에 걸쳐 있는 섬유의 개수를 산정하는 섬유분포계수를 합리적으로 예측하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 분석하기 위해, 콘크리트 압축강도, 단면 크기, 섬유 종류 및 섬유혼입률 등을 변수로 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 제작한 공시체들을 타설 방향에 수직인 방향으로 절단한 후, 절단된 원형 단면에서의 섬유 개수로부터 섬유분포계수를 측정하였다. 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 실제 원형단면에서의 섬유분포계수가 일반적으로 알려진 0.5보다 작은 것으로 나타났다. 또한, 단위 면적 당 섬유 개수가 증가할수록 섬유분포계수가 감소하는 것으로 나타났다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 합리적으로 예측하기 위해 섬유가 분포할 수 있는 각을 기하학적으로 분석하고, 이로부터 상세 모델과 단순화한 식을 유도하였다. 제안된 모델과 실험에서 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 제안된 모델이 실제 원형단면에서의 섬유분포계수를 잘 예측하는 것으로 나타났다. 이 연구로부터 확보된 실험 결과 및 제안 모델은 향후 원형단면을 지닌 섬유보강 콘크리트 기둥 부재 등의 구조적 거동 연구에 매우 유용할 것으로 사료된다.
섬유보강 콘크리트의 균열 후 인장 거동을 예측하기 위해서는 균열면에 걸쳐 있는 섬유의 개수를 산정하는 섬유분포계수를 합리적으로 예측하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 분석하기 위해, 콘크리트 압축강도, 단면 크기, 섬유 종류 및 섬유혼입률 등을 변수로 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 제작한 공시체들을 타설 방향에 수직인 방향으로 절단한 후, 절단된 원형 단면에서의 섬유 개수로부터 섬유분포계수를 측정하였다. 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 실제 원형단면에서의 섬유분포계수가 일반적으로 알려진 0.5보다 작은 것으로 나타났다. 또한, 단위 면적 당 섬유 개수가 증가할수록 섬유분포계수가 감소하는 것으로 나타났다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 합리적으로 예측하기 위해 섬유가 분포할 수 있는 각을 기하학적으로 분석하고, 이로부터 상세 모델과 단순화한 식을 유도하였다. 제안된 모델과 실험에서 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 제안된 모델이 실제 원형단면에서의 섬유분포계수를 잘 예측하는 것으로 나타났다. 이 연구로부터 확보된 실험 결과 및 제안 모델은 향후 원형단면을 지닌 섬유보강 콘크리트 기둥 부재 등의 구조적 거동 연구에 매우 유용할 것으로 사료된다.
In order to predict the post-cracking tensile behavior of fiber reinforced concrete, it is necessary to evaluate the fiber orientation factor which indicates the number of fibers bridging a crack. For investigation of fiber orientation factor on a circular cross-section, in this paper, cylindrical s...
In order to predict the post-cracking tensile behavior of fiber reinforced concrete, it is necessary to evaluate the fiber orientation factor which indicates the number of fibers bridging a crack. For investigation of fiber orientation factor on a circular cross-section, in this paper, cylindrical steel fiber reinforced concrete specimens were casted with the variables of concrete compressive strength, circular cross-section size, fiber type, and fiber volumetric ratio. The specimens were cut perpendicularly to the casting direction so that the fiber orientation factor could be evaluated through counting the number of fibers on the circular cross-section. From the test results, it was investigated that the fiber orientation factor on a circular cross-section was lower than 0.5 generally adopted, as fibers tended to be perpendicular to the casting direction. In addition, it was observed that the fiber orientation factor decreased with an increase of the number of fibers per unit cross-section area. For rational prediction of the fiber orientation factor on a circular section, a rigorous model and a simplified equation were derived through taking account of a possible fiber inclination angle considering the circular boundary surface. From the comparison of the measured data and the predicted values, it was found that the fiber orientation factor was well predicted by the proposed model. The test results and the proposed model can be useful for researches on structural behavior of steel fiber reinforced columns with a circular cross-section.
In order to predict the post-cracking tensile behavior of fiber reinforced concrete, it is necessary to evaluate the fiber orientation factor which indicates the number of fibers bridging a crack. For investigation of fiber orientation factor on a circular cross-section, in this paper, cylindrical steel fiber reinforced concrete specimens were casted with the variables of concrete compressive strength, circular cross-section size, fiber type, and fiber volumetric ratio. The specimens were cut perpendicularly to the casting direction so that the fiber orientation factor could be evaluated through counting the number of fibers on the circular cross-section. From the test results, it was investigated that the fiber orientation factor on a circular cross-section was lower than 0.5 generally adopted, as fibers tended to be perpendicular to the casting direction. In addition, it was observed that the fiber orientation factor decreased with an increase of the number of fibers per unit cross-section area. For rational prediction of the fiber orientation factor on a circular section, a rigorous model and a simplified equation were derived through taking account of a possible fiber inclination angle considering the circular boundary surface. From the comparison of the measured data and the predicted values, it was found that the fiber orientation factor was well predicted by the proposed model. The test results and the proposed model can be useful for researches on structural behavior of steel fiber reinforced columns with a circular cross-section.
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문제 정의
따라서, 이 연구에서는 섬유분포계수 산정 시 타설 방향 및 섬유혼입률에 대한 영향을 고려하기 위해, 타설 방향이 균열면과 수직인 경우에 대해 이론으로부터 유도된 섬유분포계수 예측값을 줄일 수 있는 감소계수, Kd를 도입하였다. Kd는 Fig.
따라서, 이 연구에서는 흐름이 발생하지 않는 일반 강섬유보강 콘크리트를 대상으로, 압축강도 공시체 제작과 동일한 과정을 거쳐 타설 방향이 원형단면과 수직인 시험체를 제작하여 섬유분포계수에 대해 실험적으로 분석하고자 한다. 또한, 이에 대한 이론 모델을 개발하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하고자 한다.
따라서, 이 연구에서는 흐름이 발생하지 않는 일반 강섬유보강 콘크리트를 대상으로, 압축강도 공시체 제작과 동일한 과정을 거쳐 타설 방향이 원형단면과 수직인 시험체를 제작하여 섬유분포계수에 대해 실험적으로 분석하고자 한다. 또한, 이에 대한 이론 모델을 개발하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하고자 한다.
이 연구에서는 원형단면 내에서의 섬유분포계수를 확인하기 위해 원형공시체를 제작하였으며, 섬유분포계수에 대한 시험체 크기의 영향을 확인하기 위해 Φ150×300 mm 및 Φ100×200 mm 등 두 가지 크기에 대해 시험체를 제작하였다.
이 연구에서는 타설 방향에 수직인 원형 단면에서의 섬유분포계수에 대해 조사하기 위해 지름 100 mm 및 150 mm를 지닌 원형 공시체를 제작 후 절단하여 원형 단면 내에서의 섬유분포계수를 측정하였다. 섬유분포계수 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 섬유분포계수가 기존의 이론값인 0.
제안 방법
강섬유는 콘크리트 내에서 불규칙하게 분포하지만 시험체 표면 경계부의 영향을 받게 되므로, 강섬유의 길이와 시험체 단면 크기에 따라 섬유분포계수가 다르게 된다. 따라서, 이 연구에서는 강섬유보강 콘크리트 압축강도, 강섬유 종류, 강섬유 혼입률, 그리고 시험체 원형단면 크기를 변수로 하여, 원형단면을 갖는 강섬유보강 콘크리트 시편을 제작하였다. 실험 변수에 따른 시험체에 대한 상세 설명은 Fig.
또한, 이 연구에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 예측하기 위해 수치적분을 이용한 상세 모델 및 이를 단순화한 식을 유도하였으며, 감소계수를 도입함으로써 타설 방향 및 섬유혼입률에 대한 영향을 고려한 섬유분포계수 모델을 제시하였다. 제안된 모델과 실험으로부터 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 예측값에 대한 측정값의 비가 지름 100 mm 및 150 mm인 시험체들에 대해 각각 평균 0.
이 연구에서는 원형단면 내에서의 섬유분포계수를 확인하기 위해 원형공시체를 제작하였으며, 섬유분포계수에 대한 시험체 크기의 영향을 확인하기 위해 Φ150×300 mm 및 Φ100×200 mm 등 두 가지 크기에 대해 시험체를 제작하였다. 이 때, 타설 경계면과 아닌 곳에서의 섬유분포계수 차이를 확인하기 위해 강섬유 보강 콘크리트를 2회 분할 타설함으로써 시험체를 제작하였다. 섬유분포가 시험체에 따라 다를 수 있으므로, 섬유분포계수에 대한 합리적인 평균값을 산정하기 위해 Fig.
이에 이 연구에서는 R/lf ≤ 0.55인 구간에 대해 이차다항식으로, R/lf > 0.55인 구간에 대해 쌍곡선으로 회귀분석을 통해 다음과 같이 원형단면에서의 섬유분포계수에 대한 단순 모델을 개발하였다.
대상 데이터
4 MPa로 측정되었다. 또한, 이 연구에서는 B사의 Dramix 제품 중 후크형태의 강섬유를 체적비 0.5-2.0%로 사용하였으며, 이에 대한 제원은 Table 2에 정리하였다.
이 때, 타설 경계면과 아닌 곳에서의 섬유분포계수 차이를 확인하기 위해 강섬유 보강 콘크리트를 2회 분할 타설함으로써 시험체를 제작하였다. 섬유분포가 시험체에 따라 다를 수 있으므로, 섬유분포계수에 대한 합리적인 평균값을 산정하기 위해 Fig. 1에 명기된 각 실험변수별로 작은 시험체와 큰 시험체에 대해 각각 평균 6개 및 8개의 시험체가 제작되었다. 제작된 시험체들은 Fig.
성능/효과
1에, 강섬유를 제외한 두 가지 강도에 대한 배합 설계는 Table 1에 나타내었다. 강섬유보강 콘크리트 압축강도는 재령 28일에 N 시험체의 경우 평균 45.0 MPa, H 시험체의 경우 평균 83.4 MPa로 측정되었다. 또한, 이 연구에서는 B사의 Dramix 제품 중 후크형태의 강섬유를 체적비 0.
그림에서 보는 바와 같이, 섬유분포계수에서 섬유 길이 및 원형단면 크기의 영향에 대해 두 모델들 사이에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 주어진 원형단면에 대해 섬유분포계수를 예측하는데 단순모델을 사용할 수 있는 것으로 확인되었다.
이 연구에서는 타설 방향에 수직인 원형 단면에서의 섬유분포계수에 대해 조사하기 위해 지름 100 mm 및 150 mm를 지닌 원형 공시체를 제작 후 절단하여 원형 단면 내에서의 섬유분포계수를 측정하였다. 섬유분포계수 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 섬유분포계수가 기존의 이론값인 0.5보다 작게 나오는 것으로 나타났으며, 단위 면적 당 분포하는 섬유의 개수가 증가할수록 섬유분포계수가 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 이 연구에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 예측하기 위해 수치적분을 이용한 상세 모델 및 이를 단순화한 식을 유도하였으며, 감소계수를 도입함으로써 타설 방향 및 섬유혼입률에 대한 영향을 고려한 섬유분포계수 모델을 제시하였다. 제안된 모델과 실험으로부터 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 예측값에 대한 측정값의 비가 지름 100 mm 및 150 mm인 시험체들에 대해 각각 평균 0.98 및 0.86으로서, 제안된 모델로부터 타설 방향과 수직인 원형단면에서의 섬유분포계수를 합리적으로 예측할 수 있는 것으로 나타났다.
이는 시험체 제작 시 강섬유보강 콘크리트를 두 차례에 걸쳐 반씩 채움을 실시한 것에 따른 영향인 것으로 설명될 수 있다. 즉, 반 채움 후 다짐을 실시함에 따라 타설면이 경계면으로 작용하여 강섬유가 표면을 따라 재배열되는 효과가 발생하기 때문에 위, 아래 절단면에 비해 중간 부분 절단면에서 섬유분포계수가 다소 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
측정 결과 지름 100 mm 단면에 섬유길이가 가장 긴 F1 강섬유가 사용된 경우 다른 변수들에 비해 경계면의 영향을 크게 받아 가장 큰 섬유분포계수가 측정되었다. 또한 대부분의 시험체에서 섬유분포계수가 0.
여기에서, Table 3은 섬유혼입량에 따른 영향을 분석하기 위해 시편으로부터 측정된 각각의 값들을 시험변수별로 평균하여 예측값과 비교한 것이며, 타설 경계면을 의미하는 가운데 단면에서 측정된 섬유분포계수는 비교에서 제외하였다. 표에서 비교한 바와 같이, 제안된 모델은 실제의 섬유분포계수를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났으며, 이로부터 제안된 모델이 섬유분포계수에서의 타설 방향 및 섬유혼입률에 따른 영향을 잘 고려하는 것으로 판단할 수 있다.
그림에서 보는 바와 같이, 감소계수를 고려하지 않을 경우 섬유가 타설면과 평행하게 분포할 확률이 증가하는 것을 고려하지 못함에 따라 섬유분포계수가 실제보다 과도하게 예측될 수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 감소계수를 고려할 경우 타설 방향에 수직인 원형단면에서의 섬유분포계수를 잘 예측하는 것으로 나타났다.
한편, 각각의 시험체 내에서 위, 중간, 아래의 절단면에 대해 측정된 섬유분포계수를 비교한 결과, 대부분의 시험체에서 중간 부분 절단면에 대한 섬유분포계수가 위 및 아래 절단면에 대한 섬유분포계수보다 작게 나타났다. 이는 시험체 제작 시 강섬유보강 콘크리트를 두 차례에 걸쳐 반씩 채움을 실시한 것에 따른 영향인 것으로 설명될 수 있다.
후속연구
이 개발되었으며, 원형단면을 대상으로 하는 모델 개발은 미흡한 실정이다. 또한, 기둥 부재와 같이 타설 방향이 균열면과 수직인 경우 섬유분포계수가 일반적인 경우와 다르기 때문에19) 이에 대한 추가적인 연구가 필요한 실정이다.
이 연구로부터 확보된 측정 결과 및 제안된 섬유분포계수 모델은 향후 원형 단면을 지닌 섬유보강 콘크리트 교각 등의 구조적 거동 연구에 매우 유용할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작할 때 설정한 변수는 무엇인가?
섬유보강 콘크리트의 균열 후 인장 거동을 예측하기 위해서는 균열면에 걸쳐 있는 섬유의 개수를 산정하는 섬유분포계수를 합리적으로 예측하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 원형단면에서의 섬유분포계수를 분석하기 위해, 콘크리트 압축강도, 단면 크기, 섬유 종류 및 섬유혼입률 등을 변수로 강섬유보강 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 제작한 공시체들을 타설 방향에 수직인 방향으로 절단한 후, 절단된 원형 단면에서의 섬유 개수로부터 섬유분포계수를 측정하였다. 측정 결과, 섬유가 타설면에 평행하게 분포할 확률이 증가함에 따라 실제 원형단면에서의 섬유분포계수가 일반적으로 알려진 0.
본 연구에서 대부분의 시험체의 섬유분포계수가 0.5보다 작은 값이 나타난 이유는 무엇인가?
5보다 작은 값으로 나타났다. 이는 다짐 과정에서 타설면의 방향으로 강섬유가 눕게 되는 경향 때문인 것으로 설명된다. 이러한 실험 결과는, 타설방향이 절단면과 수직인 경우에 대한 섬유분포계수가 타설방향이 절단면과 평행한 경우에 대한 섬유분포계수보다 상당히 작게 나타난 선행 연구 결과19)와 일치한다.
균열 후 취성적인 인장 거동을 보이는 일반 콘크리트와 달리, 섬유보강 콘크리트는 어떠한 특징을 가지고 있는가?
균열 후 취성적인 인장 거동을 보이는 일반 콘크리트와 달리, 섬유보강 콘크리트는 균열면에서의 섬유들의 인발 거동으로 인해 균열 이후에도 연성적인 거동을 보이는 특징이 있다. 이러한 장점을 토대로 여러 연구자들1-9)이 섬유보강 콘크리트를 구조부재로서 활용하기 위한 이론 및 실험적인 연구를 수행해 왔다.
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